一、 前言
安全氣囊是現(xiàn)代轎車上引人注目的新技術(shù)裝置。安裝了安全氣囊裝置的轎車方向盤，平常與普通方向盤沒有什么區(qū)別，但一旦車前端發(fā)生了強(qiáng)烈的碰撞，安全氣囊就會(huì)瞬時(shí)間從方向盤內(nèi)“蹦”出來，墊在方向盤、座椅、車輛側(cè)壁與駕駛者、乘員之間，防止乘員的頭部、胸部和腿部撞擊到方向盤、儀表板或車輛硬壁等硬物上，這種奇妙的裝置自從面世以來，已經(jīng)挽救了數(shù)以萬計(jì)的性命。安全氣囊從取得專利到應(yīng)用推廣，已走過了三十多年的時(shí)間，從機(jī)械式到電子式，如今智能化安全氣囊的需求又被納入到新一代安全技術(shù)研發(fā)之中。
二、 安全氣囊的作用
在乘員使用安全帶的情況下，氣囊有助于減輕胸、頭和面部在碰撞時(shí)受傷的嚴(yán)重性。在汽車發(fā)生前碰撞時(shí)，首先是汽車要停止運(yùn)動(dòng)，車內(nèi)乘員的慣性力作用下仍以原來速度繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，駕駛員、乘員將會(huì)與轉(zhuǎn)向盤、前擋風(fēng)玻璃、汽車四壁相碰，因而可能受到嚴(yán)重傷害；佩戴安全帶的乘員將在安全帶的作用下，隨著汽車停止運(yùn)動(dòng)而逐漸停止向前運(yùn)動(dòng)。但當(dāng)碰撞來重時(shí)，乘員向前運(yùn)動(dòng)更快，既使佩戴了安全帶，在安全帶使乘員完全停止運(yùn)動(dòng)前，他們?nèi)詴?huì)與車內(nèi)物相碰。如果此時(shí)裝在車內(nèi)的安全氣囊氣囊充氣彈出，它就可以有效保護(hù)乘員減少其與車內(nèi)物相碰的可能性，更均勻地分散頭、胸的碰撞力，吸收乘員的運(yùn)動(dòng)能量，從而起到補(bǔ)充安全帶效果的作用。因此氣囊主要在緩沖前碰撞或近似前碰撞嚴(yán)重性方面，進(jìn)行有效的補(bǔ)充性保護(hù)。
三、 智能化安全氣囊技術(shù)系統(tǒng)的研究

安全氣囊的智能化發(fā)展，將集成先進(jìn)的傳感器技術(shù)和信息處理系統(tǒng)，它們?cè)谑鹿拾l(fā)生的短暫時(shí)間內(nèi)能夠提供可靠的碰撞環(huán)境方面的信息。這些信息包括汽車碰撞的劇烈程度，碰撞的形式(包括正碰撞、側(cè)碰撞、翻滾等)，乘員的身材、體重、乘坐位置和乘坐姿態(tài)，以及乘員是否系有安全帶等。智能安全氣囊系統(tǒng)根據(jù)探測(cè)到的信息，通過其電子控制系統(tǒng)的計(jì)算分析，決定安全氣囊何時(shí)及以何種程度展開，從而對(duì)乘員提供最優(yōu)化的保護(hù)。新一代安氣囊系統(tǒng)將由多種電子傳感器、中央控制器、探測(cè)設(shè)備、智能化信息處理系統(tǒng)、多氣囊、多安全帶預(yù)緊器和接頭等組成。
1、系統(tǒng)主要部件包括：
(1) 探測(cè)設(shè)備
目前在智能化安全氣囊研制過程中，對(duì)乘員的狀態(tài)識(shí)別是研究的新方向，因?yàn)橹醒肟刂破髦挥袦?zhǔn)確的采集到了車輛碰撞參數(shù)和乘員的身材、體重、乘坐位置和乘坐姿態(tài)等狀態(tài)，才能更好的發(fā)出點(diǎn)火指令，乘員識(shí)別包括壓力分布稱重座椅+紅外線探測(cè)傳感器（或光學(xué)鏡頭傳感器）和超聲波測(cè)距傳感器，由壓力分布稱重座椅測(cè)量乘員的重量、乘座位置，由紅外探測(cè)傳感器或光學(xué)鏡頭加超聲波測(cè)距傳感器測(cè)量司機(jī)與方向盤，乘員距離座椅、儀表板、車輛側(cè)壁之間的距離和乘員類別來確定乘員的真實(shí)狀態(tài)；由于探測(cè)設(shè)備采用了大量的傳感器，因此對(duì)信號(hào)的處理工作將增加難度，同時(shí)對(duì)智能化安全系統(tǒng)的可靠性和使用壽命也提出了新的挑戰(zhàn)。
(2) 多種電子傳感器
智能化安全氣囊的電子部分將增加大量的傳感器，需由新型高性能的位置傳感器、安全帶檢測(cè)傳感器、測(cè)距傳感器、紅外探測(cè)傳感器等加上傳統(tǒng)的加速度傳感器、速度傳感器、壓力傳感器等才能實(shí)現(xiàn)其智能化的要求。
(3)中央電子控制器
電子控制器包括引爆控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、儲(chǔ)存電路和診斷電路等它們都集中裝在中央控制器上。新型智能化安全氣囊控制系統(tǒng)需開發(fā)能適應(yīng)不同碰撞強(qiáng)度的多極點(diǎn)火系統(tǒng)，能采取不同的點(diǎn)火展開策略，能根據(jù)碰裝條件和接收到的乘員狀態(tài)信息調(diào)節(jié)氣囊的工作性能。通過掌握探測(cè)到的信息，中央控制器才能根據(jù)每個(gè)乘員的具體需要，利用本身固有的靈活性，確定安全氣囊的觸發(fā)時(shí)刻及展開強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)最佳的乘員保護(hù)效果，診斷電路不斷地分析和診斷氣囊系統(tǒng)的各種故障，將這些故障編碼儲(chǔ)入儲(chǔ)存電路，驅(qū)動(dòng)電路使儀表盤上的氣囊警告燈開始閃爍，以確定安全氣囊隨時(shí)處于有效工作狀態(tài)。
（4）安全帶預(yù)緊裝置
安全氣囊和安全帶配合使用，能夠更好的發(fā)揮其保護(hù)作用，目前汽車上安裝的大部分是普通安全帶，在智能化安全氣囊系統(tǒng)中，開發(fā)出了新型限力式、預(yù)緊式安全帶，限力式安全帶可減少撞擊時(shí)的沖擊力，而預(yù)緊式安全帶可感知碰撞信號(hào)的強(qiáng)弱從而使得原來松跨在乘員身上的安全帶瞬時(shí)拉緊，以減少?zèng)_擊力。因此預(yù)緊式安全帶是當(dāng)前智能化安全系統(tǒng)的重要組成部分。
（5）輔助電源
輔助電源由直流穩(wěn)壓器和電容儲(chǔ)能器組成。直流穩(wěn)壓器能保證供給系統(tǒng)電壓的恒定性，使系統(tǒng)能正常工作而不發(fā)生失效引爆事故。它是一種帶比較、放大和調(diào)節(jié)動(dòng)能的集成穩(wěn)壓裝置。電容儲(chǔ)能器是利用電容儲(chǔ)存電能，在沖撞中發(fā)生電源中斷時(shí)，擔(dān)負(fù)起氣囊系統(tǒng)的電源作用，避得失效引爆事故。
2、系統(tǒng)工作原理
在汽車行駛中，通過各探測(cè)設(shè)備和傳感器感應(yīng)到的信息，中央控制器不斷將車輛不同部分變化的信息輸入到電子控制器模塊，經(jīng)電子控制器不斷地計(jì)算、分析、比較和判斷，并隨時(shí)準(zhǔn)備發(fā)出指令。當(dāng)碰撞信號(hào)低于氣囊點(diǎn)火閥值時(shí)，安全傳感器向電子控制器輸入撞車信號(hào)，并發(fā)出引爆安全帶預(yù)緊器電點(diǎn)火裝置的指令，而中央傳感器發(fā)出的信號(hào)不能使電子控制器發(fā)出引爆氣囊電點(diǎn)火裝置的指令。所以，在低速(減速度較小)沖撞時(shí)，只要預(yù)緊器向后拉緊安全帶，就足以保護(hù)駕乘人員不撞向前方。在高速(減速度較大)沖撞時(shí)，中央傳感器通過探測(cè)傳感器等分析車內(nèi)乘員的重量、乘作位置、乘員類別，確定各氣囊的張開程度，同時(shí)向電子控制器輸入沖撞信號(hào)，電子控制器在迅速判斷后發(fā)出指令，引爆安全帶預(yù)緊器和多氣囊的電點(diǎn)火裝置。安全帶向后拉緊的同時(shí)，氣囊張開，吸收駕乘人員因減速度大而產(chǎn)生的沖撞能量，有效地保護(hù)他們的安全。
從發(fā)生沖撞、傳感器發(fā)出信號(hào)到控制器判斷引爆電點(diǎn)火裝置，大約需要10ms時(shí)間。引爆后，氣體發(fā)生器產(chǎn)生大量氣體，迅速吹脹氣囊。從發(fā)生沖撞到氣囊形成，進(jìn)而到安全帶拉緊，全過程所需時(shí)間為30-35ms，所以氣囊系統(tǒng)的保護(hù)效果是非常好的。當(dāng)氣囊引爆后，由于產(chǎn)生的氣體大量涌進(jìn)氣囊，使氣囊的壓力增高，不利吸收沖撞能量，所以，在氣囊的后面有2個(gè)排泄壓力的氣體排放孔，有利于保護(hù)駕乘人員的安全。由于汽車發(fā)生碰撞事故的瞬間是非常短促的，因此智能化安全氣囊的研究要求各傳感器發(fā)出的信號(hào)必須準(zhǔn)確、有效，中央控制器的分析、計(jì)算、處理必須及時(shí)、正確。
四、 使用中的問題
由于安全氣囊只有在車輛出現(xiàn)事故時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，其神秘性作為普通車輛用戶而言可謂可望而不可及，因此多方面的了解、認(rèn)識(shí)安全氣囊的基本原理、構(gòu)造，并且正確的使用、維護(hù)才能真正發(fā)揮其有效的保護(hù)作用。
（1） 煙和粉末
氣囊充氣時(shí)不會(huì)燃燒或破裂，由于化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生煙和粉末狀殘?jiān)?，其成分大部分是滑石粉與鈉的化合物，對(duì)人體無害。這些粉末用于防止折疊在組件內(nèi)的氣囊自身粘結(jié)，有助于充氣時(shí)膨脹，充氣后生成的微量氫氧化鈉粉末與空氣中水分相互作用，很快生成碳酸鈉和碳酸氫鈉（小蘇打）。皮膚或眼睛如與沉淀物接觸，可能有短時(shí)間刺激感，但不會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生危害。發(fā)生碰撞事故時(shí)，氣囊爆開所充氣體為對(duì)人體無害的氮?dú)饣蚨栊詺怏w。
（2） 氣囊充氣后駕駛汽車
氣囊充氣后，人體碰壓使其很快泄氣，只要汽車仍然能行駛，駕駛員就能繼續(xù)操縱帶有癟氣囊的轉(zhuǎn)向盤。顯然，在這種情況下行駛是危險(xiǎn)的，只能在應(yīng)急時(shí)這樣做，而且應(yīng)盡快把車送到修理廠去。
（3） 氣囊充氣對(duì)眼鏡的損壞
由于乘員與充氣氣囊相碰，可能使眼鏡架折彎、損壞甚至斷開，造成面部輕傷，但眼鏡片不會(huì)破碎或傷及眼睛。
（4） 氣囊充氣的聲音
氣囊充氣時(shí)的聲音很響，但持續(xù)時(shí)間極短，以致大多數(shù)乘員都沒注意到。因?yàn)閷?shí)際碰撞的聲音幾乎完全淹沒了氣囊充氣的噪音。在試驗(yàn)和實(shí)際使用中，從未有任何乘員聽力受損的報(bào)導(dǎo)，氣囊充氣后，有時(shí)乘員的耳內(nèi)有鳴響，此情況很快就會(huì)消失。
（5） 在裝有氣囊的車室內(nèi)放置物品
在氣囊的前方、上方或近處放置的任何物品都有可能防礙氣囊充氣或被拋射出去，因此發(fā)燒友對(duì)車室內(nèi)附件進(jìn)行改裝時(shí)，應(yīng)遵照汽車廠的規(guī)定，避免有障礙物擋住氣囊爆開范圍，否則會(huì)影響氣囊工作。
（6） 碰撞損壞汽車上的氣囊
如果在由于碰撞而嚴(yán)重?fù)p壞的汽車上有未引爆充氣的氣囊，那么可能該氣囊的電路系統(tǒng)被損壞，以致沒有電信號(hào)傳給氣體發(fā)生器，此時(shí)應(yīng)盡量請(qǐng)售后服務(wù)人員進(jìn)行拆卸，如必須移動(dòng)車輛，應(yīng)首先斷開電源線再移動(dòng)車輛。
（7） 氣囊系統(tǒng)的更換
在碰撞后可修復(fù)的汽車上，必須更換已充過氣的氣囊系統(tǒng)。任何氣囊系統(tǒng)都是與某一特定車型的碰撞特性及乘員艙尺寸相匹配的，因此，必須由專業(yè)人員更換專門為該車型設(shè)計(jì)的氣囊系統(tǒng)。
五、安全氣囊技術(shù)的新發(fā)展
隨著車輛的不斷增加，如何更好的保護(hù)人類生命安全已成為新一代安全系統(tǒng)的研究課題，人們對(duì)汽車被動(dòng)安全裝置特別是新型智能化安全氣囊的開發(fā)對(duì)新技術(shù)提出了更高的要求。今后，在設(shè)法增加乘員的保護(hù)部位(例如下肢和頸部等)，減小氣囊的體積和重量，優(yōu)化氣囊的充氣速率、折疊方式和最佳觸發(fā)時(shí)刻的同時(shí)，更應(yīng)努力解決好轉(zhuǎn)向柱、座椅、頭枕、內(nèi)飾件、車身結(jié)構(gòu)、吸能塑性保險(xiǎn)杠、風(fēng)窗玻璃、安全帶和安全氣囊等各部件防碰撞特性的協(xié)調(diào)與互補(bǔ)問題，才能進(jìn)一步將安全氣囊智能化程度的研究工作逐步推向研制智能乘員保護(hù)系統(tǒng)的新階段，這也是智能化安全系統(tǒng)未來研究的主要方向。